一种音频设备及其放大器供电电压的控制方法

技术领域

本发明涉及音频处理领域，具体涉及一种音频设备及其放大器供电电压的控制方法。

背景技术

随着多媒体技术的发展和应用，个人音频设备被广泛的使用，其中包括手机、移动电脑、平板电脑、音频播放器和其他便携式音频设备。

现有技术中，音频功率放大器的工作电压随着输入到音频功率放大器的模拟信号电压的大小变化而变化，但是该音频功率放大器的功耗在音频设备中功率输出占系统总功耗的比例较大，功耗较大。研究发现，音频设备的音质参数通常无法改变，且在任何场景下只要输入到音频功率放大器的模拟信号电压的大小相同，音频功率放大器的工作电压的大小即相同，例如不论播放的音频内容如何(音乐音频、通话音频、或播放电影音频等)，音频设备的剩余电量如何，只要输入到音频功率放大器的模拟信号电压的大小相同，音频功率放大器的工作电压的大小即相同，这导致了音频功率放大器的功耗较大。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种音频设备及其放大器供电电压的控制方法，为音频功率放大器提供与音质参数相适应的工作电压。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种音频设备放大器供电电压的控制方法，所述音频设备用于处理数字音频信号，所述控制方法包括如下步骤：S110，所述音频设备的处理单元检测所述数字音频信号的幅度，并获取所述音频设备的音质参数；S120，所述处理单元根据所述幅度和音质参数计算所述音频设备的音频功率放大器的工作电压，并输出与所述工作电压对应的参考电压数字序列至第一数模转换器；S130，所述第一数模转换器将所述参考电压数字序列转换为参考电压并输出至所述音频设备的DC-DC电路；S140，所述DC-DC电路输出与所述参考电压大小相同的电压作为音频功率放大器的工作电压。

优选地，步骤S110之前，所述控制方法还包括如下步骤：所述处理单元接收输入的音质参数设定操作，根据所述音质参数设定操作，将所述音质参数保存在所述音频设备的存储单元；在步骤S110中，所述处理单元从所述存储单元中获取所述音质参数。

优选地，步骤S110之前，所述控制方法还包括如下步骤：所述处理单元根据所述音频设备的工作信息确定所述音质参数，并将所述音质参数保存在所述音频设备的存储单元；在步骤S110中，所述处理单元从所述存储单元中获取所述音质参数。

优选地，在步骤S150后还包括如下步骤：所述处理单元根据匹配关系将所述音频设备的缓冲单元的容量设置为与所述音质参数匹配的缓冲容量值，以设置所述缓冲单元对所述数字音频信号的延时的时长；其中，所述匹配关系存储于所述音频设备的存储单元中，用于表示音质参数与缓冲容量值的匹配关系；所述缓冲单元对所述数字音频信号进行与所述缓冲容量值相匹配的时长的延时后，将所述数字音频信号输出至第二数模转换器的输入端；所述第二数模转换器将所述数字音频信号转换为模拟音频信号并输出至所述音频功率放大器的输入端；所述音频功率放大器利用所述工作电压对所述模拟音频信号进行放大。

优选地，对于幅度相同的所述数字音频信号，音质参数越高所述工作电压越大。

本发明还提供了一种用于处理数字音频信号的音频设备，包括处理单元、音频功率放大器、第一数模转换器和DC-DC电路，所述处理单元用于：检测所述数字音频信号的幅度，并获取所述音频设备的音质参数；根据所述幅度和音质参数计算所述音频设备的音频功率放大器的工作电压，并输出与所述工作电压对应的参考电压数字序列至第一数模转换器；所述第一数模转换器用于：将所述参考电压数字序列转换为参考电压并输出至所述音频设备的DC-DC电路；所述DC-DC电路用于：输出与所述参考电压大小相同的电压作为所述音频功率放大器的工作电压；所述音频功率放大器用于在所述工作电压下进行工作。

优选地，所述处理单元还用于接收输入的音质参数设定操作，根据所述音质参数设定操作，将所述音质参数保存在所述音频设备的存储单元，所述处理单元从所述存储单元中获取所述音质参数。

优选地，所述处理单元根据所述音频设备的工作信息确定所述音质参数，并将所述音质参数保存在所述音频设备的存储单元，从所述存储单元中获取所述音质参数。

优选地，所述的音频设备还包括缓冲单元、存储单元和第二数模转换器；所述存储单元用于存储匹配关系，所述匹配关系用于表示音质参数与缓冲容量值的匹配关系；所述处理单元还用于：根据所述匹配关系将所述音频设备的缓冲单元的容量设置为与所述音质参数匹配的缓冲容量值，以设置所述缓冲单元对所述数字音频信号的延时的时长；所述缓冲单元用于：对所述数字音频信号进行与所述缓冲容量值相匹配的时长的延时后，将所述数字音频信号输出至第二数模转换器的输入端；所述第二数模转换器用于：将所述数字音频信号转换为模拟音频信号并输出至所述音频功率放大器的输入端；所述音频功率放大器具体用于：在所述工作电压下对所述模拟音频信号进行放大。

优选地，所述音频设备为便携式音频设备。

【有益效果】

通过上述方案，音频设备通过获取音频设备的音质参数，从数字音频信号确定的幅度基础上，为音频功率放大器确定与该音质参数相适应的工作电压，从而在音频设备的音质参数的基础上，确定合适的音频放大器的工作电压。这样，避免了现有技术在所有场景下都将音频功率放大器设置到最高的音质参数，进而带来的较高工作电压和最低电源效率的问题。

在一些实施例中，用户可以设置音质参数，音频设备通过获取用户设置的音质参数，在从数字音频信号确定的幅度基础上，为音频功率放大器确定与该音质参数相适应的工作电压，提高了音频功率放大器的功率转换效率，降低了音频功率放大器的功耗，即既能满足用户对于音质参数的需求，又能提高音频设备的续航能力。

在一些实施例中，在使用音频设备期间，音频设备可以根据音频设备不同的应用场景，自动确定音质参数，并为音频功率放大器确定与该音质参数相适应的工作电压，提高了音频功率放大器的功率转换效率，对于提高便携式设备的电池利用率极为关键。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1是本发明的一种优选实施方式的音频设备；

图2是本发明一种音频设备放大器供电电压的控制方法的流程图；

图3是本发明另一种音频设备放大器供电电压的控制方法的流程图；

图4是本发明另一种优选实施方式的音频设备。

具体实施方式

如图1所示，是本发明一种实施例的音频设备，该音频设备包括DC-DC电路300、第一数模转换器(即第一DAC)200、存储单元800、处理单元110、缓冲单元120、第二数模转换器(即第二DAC)400、音频功率放大器500、电源310(例如电池)和扬声器700。音频功率放大器500可以是AB类放大器或者G类放大器。本音频设备非常适用于功耗敏感型的音频设备，如手机、电脑、平板、蓝牙音箱、音频转换器、可穿戴式产品等电池供电的便携式设备。

数字音频信号Sn从上游的电子器件(例如缓存器等存储器件)被送入到音频设备进行处理，数字音频信号Sn进入音频设备后分为两路，第一路输入至处理单元110，第二路输入至缓冲单元120；对于第一路数字音频信号Sn：处理单元110检测数字音频信号Sn的幅度，并从存储单元800中获取音频设备的音质参数，然后根据幅度和音质参数计算音频设备的音频功率放大器500的工作电压，并输出与工作电压对应的参考电压数字序列至第一DAC200，第一DAC 200将参考电压数字序列转换为参考电压并输出至DC-DC电路300，电源310输出的电压到达(即供应给)DC-DC电路300后，DC-DC电路300输出与参考电压大小相同的电压作为音频功率放大器500的工作电压；对于第二路数字音频信号Sn：数字音频信号经过缓冲单元120的适当延时后输入到第二DAC 400，第二DAC 400将数字音频信号转换为对应的模拟音频信号输出至音频功率放大器500，音频功率放大器500利用上述工作电压对模拟音频信号进行放大，最后扬声器700将该模拟音频信号转换为声音信号。

图2是本发明一种音频设备放大器供电电压的控制方法的流程图，该控制方法包括如下步骤。

S110，所述音频设备的处理单元110检测所述数字音频信号的幅度，并获取所述音频设备的音质参数。

S120，所述处理单元110根据所述幅度和音质参数计算所述音频设备的音频功率放大器500的工作电压，并输出与所述工作电压对应的参考电压数字序列至第一数模转换器200。

S130，所述第一数模转换器200将所述参考电压数字序列转换为参考电压并输出至所述音频设备的DC-DC电路300。

S140，所述DC-DC电路300输出与所述参考电压大小相同的电压作为音频功率放大器的500工作电压。

图3是本发明另一种音频设备放大器供电电压的控制方法的流程图，以下结合图3进行更详细说明。

S210，音频设备的处理单元110检测数字音频信号的幅度。

在本实施例中，为了计算音频功率放大器500的工作电压，需要确定输入音频功率放大器500的模拟信号的大小，该模拟信号的大小可以通过检测数字音频信号的幅度来获得。在一些实施例中，可以根据数字音频信号以及其放大倍数确定该数字音频信号的幅度。

在一些实施例中，处理单元110检测第一分析时长(例如1s)内数字音频信号的最大幅度值作为第一分析时长内的数字音频信号幅度，而在另一些实施例中，处理单元110检测第二分析时长(大于第一分析时长，例如3s)内数字音频信号的最大幅度值作为第一分析时长内的数字音频信号幅度。

S220，处理单元110从存储单元800获取音频设备的音质参数。

音质参数反映了音频设备播放声音质量的高低，音质参数越高音频功率放大器500所需的工作电压越大，音质参数越低音频功率放大器500所需的工作电压越小；而工作电压越大，则会导致音频功率放大器500的转换效率越小、音频功率放大器500的功耗越大，而工作电压越小，则会导致音频功率放大器500的转换效率越大、音频功率放大器500的功耗越小。

音质参数可以由用户直接设置，处理单元接收输入的音质参数设定操作，将所述音质参数设定操作设定的音质参数保存在所述音频设备的存储单元。。在一些实施例中，音频设备可以提供对音质参数高低进行直接设置的界面，设置后，音质参数存储在存储单元800中，例如，音质需求可以分为三个层级：高音质、中音质和低音质，在此情况下，处理单元110可以直接从存储单元800获取音质参数。

上述音质参数也可以是音频设备的处理单元110根据该音频设备的工作信息确定，并将音质参数保存在音频设备的存储单元800中，其中，工作信息可以是音频设备的剩余电量、音频设备播放的音频内容(例如是通话音频、音乐音频、游戏音频、电影音频等)和工作状态中的至少一者，工作状态包括音频设备处于唤醒工作状态、休眠(或者待机)工作状态等。在一些实施例中，剩余电量越多则音质参数越高；在一些实施例中，不同音频内容对应不同的音质参数，例如，音乐音频对应的音质参数最高(高音质)，电影或游戏对应的音质参数次之(中音质)，通话(例如蜂窝通话或英特网网通话)对应的音质参数最低(低音质)；在一些实施例中，唤醒工作状态的音质参数高，而休眠(或者待机)工作状态的音质参数低。例如，音频设备可以提供音质模式设置界面，该音质模式设置界面用于选择是否开启根据音质参数改变音频设备放大器供电电压的功能，在用户选择开启该功能后，工作时处理单元110会根据音频设备的工作信息确定音质参数。

S230，处理单元110根据数字音频信号的幅度和音质参数计算音频设备的音频功率放大器500的工作电压，并输出与工作电压对应的参考电压数字序列至第一DAC 200。

如前所述，不同的音质参数所需要的工作电压有所不同。在一些实施例中，针对某一幅度大小的数字音频信号，处理单元110可以将该幅度与音质参数相匹配的增量之和作为音频功率放大器500的工作电压，然后输出与工作电压对应的参考电压数字序列至第一DAC 200的输入端。在一些实施例中，可以设置不同音质参数与增量之间的对应关系(例如，音质参数越大，对应的增量越大)，该对应关系存储在存储单元800内，处理单元110可以根据音频设备当前的音质参数通过查找该对应关系获得对应的增量，然后计算数字音频信号的幅度与增量之和作为音频功率放大器500的工作电压，表示为：y＝x+y1，其中，x表示数字音频信号的幅度，y1表示增量，y表示音频功率放大器500的工作电压。可以理解，该增量可以是负数，在此情况下计算得到的工作电压小于数字音频信号的幅度，对应的模拟音频信号被音频功率放大器500放大时会出现相应的失真，这种情况适用于音质参数低(或者功耗要求低)的情况。

S240，第一DAC 200将参考电压数字序列转换为参考电压并输出至音频设备的DC-DC电路300，作为DC-DC电路300参考电压端的参考电压。

S250，DC-DC电路300输出与参考电压大小相同的电压作为音频功率放大器500的工作电压。

在电源310的供电下，DC-DC电路300根据参考电压端的电压，将电源310供给的电压进行调制输出大小与参考电压端的电压相同的电压，并把该电压作为音频功率放大器500的工作电压。DC-DC电路300的输入端输入电源310电压，DC-DC电路300根据参考电压，将电源310电压调制为与参考电压大小相同的电压并在DC-DC电路300的输出端输出，该输出电压作为音频功率放大器500的工作电压。例如DC-DC电路300的输出端与音频功率放大器500的正电源端连接以向音频功率放大器500提供正工作电压，在一些其他实施例中，音频设备还需要负工作电压，此情况下还可以进一步包括镜像负压转换电路600，DC-DC电路300的输出端向镜像负压转换电路提供正工作电压600，镜像负压转换电路600将该正工作电压转换为数值相同的负工作电压，从而达到向音频功率放大器500提供负工作电压的目的。镜像负压转换电路600可以采用现有技术中的方案。

S260，数字音频信号经过缓冲单元120的适当延时后输入到第二DAC400，第二DAC400将数字音频信号转换为大小相同的模拟音频信号输出至音频功率放大器500，音频功率放大器500利用步骤S250获得的工作电压对模拟音频信号进行放大，放大后的模拟音频信号进入扬声器700，扬声器700将模拟音频信号转换为声音信号。

在一些实施例中，不同的音质参数的情况下，处理单元110计算得到工作电压并获得对应的参考电压数字序列所消耗的时长相同或基本相同(即时长固定或基本固定)，因此，只需要对缓冲单元120的容量设置为与该时长匹配的缓冲容量值，在工作时，缓冲单元120对数字音频信号的延时相同或基本相同。

在另一些实施例中，不同的音质参数的情况下，处理单元110获得工作电压对应的参考电压数字序列所消耗的时长不同，因此需要根据音频设备当前的音质参数确定对应的延时的时长，即缓冲单元120的缓冲容量。在此实施例中，存储单元800存储匹配关系，匹配关系用于表示音质参数与缓冲容量值的匹配关系；处理单元110根据匹配关系将音频设备的缓冲单元120的容量设置为与音质参数匹配的缓冲容量值，以设置缓冲单元120对数字音频信号的延时的时长；缓冲单元120对数字音频信号进行与缓冲容量值相匹配的时长的延时后，将数字音频信号输出至第二DAC 400；第二DAC 400将数字音频信号转换为模拟音频信号并输出至音频功率放大器500；音频功率放大器500利用工作电压对模拟音频信号进行放大。

通过上述方案，用户可以设置音质参数，音频设备通过获取音质参数，在根据数字音频信号确定的幅度的基础上，为音频功率放大器500确定与该音质参数相适应的工作电压，从而在满足用户对音质的需求基础上，确定合适的音频放大器的工作电压。在一些实施例中，在使用音频设备期间，音频设备可以根据音频设备不同的应用场景，自动的选择音频功率放大器500的电源配置(即工作电压)，从而提高音频功率放大器500的功率转换效率，对于提高便携式设备的电池利用率极为关键。这样，避免了现有技术在所有场景下都将音频功率放大器500设置到最高的性能，进而带来的较高工作电压和最低电源效率的问题。

可以理解的是，存储单元800、缓冲单元120和处理单元110三者可以集成于一个芯片内(例如DSP芯片)，或者三者中的任意两个可以集成于一个芯片，如图4所示，处理单元110和缓冲单元120集成于一个数字信号处理器(DSP)中，存储单元800、缓冲单元120和处理单元110还可以是各自独立的芯片。

本发明中，数字音频信号可以I2S、PCM、SPDIF等类型的，该数字音频信号可以是由数字音频解码器130解码得到的，如图4所示。

需要说明的是，本发明中采用步骤编号来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。